FFT (брза Фуријеова трансформација) у анализи вибрација
The Брза Фуријеова трансформација (FFT) је веома ефикасан математички алгоритам који трансформише сигнал из временског домена у фреквентни домен. У Анализа вибрација он конвертује сирови, сложен временски таласни облик — амплитуда вибрације исцртана односно времене — у фреквентни спектар, амплитуда исцртана односно фреквенцији. Ова једна трансформација је најважније и основно процес у модеркној дијагностици машина; без ње, вибрациони сигнал је мало више од нечитљивог скрибла.
1. Дефиниција: Шта је FFT?
FFT није мерење већ прорачун. То је брза имплементација дискретне Фуријеове трансформације, експлоатирајући математичке симетрије да обави у милисекундама оно што би иначе требало много дуже, што је разлог што може да се извршава у реалном времену на преносивом инструменту. Њена премиса, због Фуријеа, је да се било који сложени периодични сигнал може реконструисати као збир простих синусних таласа на различитим фреквенцијама и амплитудама. FFT покреће ту идеју унаратачно: дајте му запетљан таласни облик, и он враћа листу синусних таласа из којих је сачињен.
2. Зашто је FFT неопходан за дијагностику
Сирови временски облик сигнала из машине у раду је мешавина многих вибрација које се јављају истовремено, и готово је немогуће судити о стању машине окончто на основу те траке. FFT делује као призма, разлажући сложени сигнал на његове појединачне компоненте фреквенције. Резултат је јасна, операционална графика која аналитичару омогућава да види:
- Које фреквенције су присутне?
- Колико енергије (амплитуде) је присутно на свакој фреквенцији?
- Какав је однос између тих фреквенција — хармоници, бочне траке и слично?
Пошто различити механички и електрични квари — неравнотежа, неусклађеност, дефекти лежајаи лабавост — генеришу вибрације на веома специфичним, предвидивим фреквенцијама, спектар пружа директну мапу до основног узрока проблема. Овај поглед у фреквенцијском домену је основа свих спектрална анализа.
3. Кључни параметри FFT анализе
Да би добио користан спектар, аналитичар постављaа неколико параметара на прикупљачу podataka или софтверу. Ако их подесите погрешно, прави квар може бити пропуштен; ако их подесите исправно, то ће бити јасно видљиво.
Fmax (максимална фреквенција)
Највиша фреквенција укључена у спектар. Мора се подесити довољно високо да обухвати највишу фреквенцију кварa од интереса — високофреквентне мрежа зупчаника или веќезвучне тонове, на пример — али не толико високо да се деталј нискофреквентног сигнала не губи. Да се спречи алијасинг, инструменти примењују анти-алиjaсинг пропусни филтер испод стопе узоркoвања пре него што се FFT израчуна.
Резолуција (линијe резолуције)
Ово постављa ниво детаља — број дискретних фреквенцијских “корпи” израчунатих кроз Fmax. Више линија (3.200 или 6.400, рецимо) пружа финију резолуцију, што значи већу способност раздвајања две фреквенције које су блиске једна другој. Висока резолуција је неопходна за разликовање фреквенција удараца или решавање узаних бочне траке у анализи редуктора. Пошто је ширина корпе једнака Fmax подељеном са бројем линија, увек постоји компромис између распона и детаља; Калкулатор резолуције FFT показује резултирајућу ширину корпе и време акквизиције за било какву поставку, и Зумирање FFT-а може да концентрише све доступне линије у узану трaку када је потребно још финије раздвајање.
Просек
Пошто машинска вибрација флуктуира, једна FFT слика може да заблуди. Просеками аквизиције неколико FFT узастопно и комбинују их, суспремајући насумичну буку и дајући далеко стабилнији, поновљив спектар који заиста представља стање машине.
Прозори
A функција прозора — најчешће Ханингов прозор — је математијска тежина применjena на временске податке пре трансформације. Она минимизира грешку названу спектрално цурење, која би иначе разазлала оштар врх кроз суседне бине и оштетила и његову амплитуду и видљиву фреквенцију.
4. Тумачење FFT спектра
Обучен аналитичар чита спектар препознавањем карактеристичних образаца:
- Велики врх на 1× радна брзина указује на неуравнотеженост.
- Велики врх на 2× брзина вртења често указује на неусклађеност.
- Дуга серија хармоници (1×, 2×, 3×, 4×…) is a classic sign of mechanical looseness.
- Врх високе фреквенције са бочним појасима размакнутим по брзини вртења је карактеристичан знак кварне зупчаника или лежаја.
- Подигнут "под" од широкопојасне буке може указати на кавитација у пумпи или опште трење.
Поређењем тренутног спектра са основна линија забележеним када је машина била здрава, аналитичар може видети промене и дијагностификовати проблеме у развоју много пре него што постану критични кварови.
5. FFT у практичном мерењу на терену
На преносивом инструменту FFT се израчунава на месту из живог акцелерометар signal. The Балансет-1а, двоканални анализатор на терену, хвата временски облик таласа и приказује његов спектар од приближно 5 Hz до 1000 Hz, тако да инжењер може прочитати врх брзине вртења, његове хармонике и било које тонове лежаја или зупчаника на машини. У комбинацији са импулсом тахометра једном по револуцији, исти скуп података подржава балансирање засновано на фази, док анализа поруџбине може поново референцирати спектар на вишекратнике брзине вртења на машинама са променљивом брзином — претварајући FFT из статичног графикона у мотор дијагностичког и балансирајућег радног тока на локацији.
